مطالعه ی قابلیت نانوساختارهای بر پایه ی گرافن به عنوان باتری های یون سدیم

در این پژوهش، نانو ساختارهای بر پایه ی گرافن با روش های شیمی کوانتمی محاسباتی شبیه سازی شده و برهم کن های جداگانه یون های ایزوالکترونیک سدیم و فلورید با وجه های درونی و بیرونی آن ها مطالعه شد. همچنین، برهمکنش های هم زمان این یون ها با وجه های درونی و بیرونی نانو ساختار ها با دو مدل بررسی شد. در مدل اول،یون فلورید با وجه بیرونی و یون سدیم با وجه درونی نانو ساختار ها به طور همزمان برهمکنش می دهد و در مدل دوم، موقعیّت های یون ها تعویض شده تا اثر آن بر انرژی های اتّصال کمپلکس های سه تایی مربوطه مطالعه شود. نتیجه ها مشخّص نمود که انرژی های اتّصال در مدل اول نسبت به مدل دوم به طور میانگین به میزان 1.90 کیلو کالری بر مول بیش تر است. همچنین، کاهش استقرار نیافتگی الکترونی/ افزایش استقرار نیافتگی الکترونی در حلقه ی مرکزی نانو ساختارها برای برهمکنش یون ها با وجه بیرونی آن ها در مدل اول/مدل دوم دلخواه تر است. نتیجه ها پیشنهاد می کند که نانو ساختارهای بر پایه ی گرافن به دلیل داشتن ویژگی های یگانه ساختاری و الکترونی بسترهای خوبی برای برهم کنش های یون ها هستند و می توانند به عنوان باتری های یون سدیم در نظر گرفته شوند. همچنین، افزایش انحنای نانو ساختار ها منجر به عامل دار شدن بهتر وجه های بیرونی آن ها با یون های با بار منفی می شود و می توان با تغییر دادن چگالی های ابر الکترونی دیواره آن ها عملکرد شان را به عنوان باتری های یونی بهینه نمود.

Investigation of Ability of GrapheneBased Nanostructures as Sodium Ion Batteries

In this study, graphenebased nanostructures were simulated using computational quantum chemistry methods and individual interactions of isoelectronic ions sodium and fluoride with inner and outer faces of them have been studied. Also, simultaneous interactions of these ions with inner and outer faces of nanostructures have been investigated with two models.  In the first model, fluoride ion with outer face and sodium ion with the inner face of nanostructures interact simultaneously and in the second model, positions of ions were exchanged to study the effect of this on binding energies of the ternary complexes. Results indicate that binding energies in the first model are larger than the second one by an average 1.90 kcal mol1. Indeed, a decrease of electron delocalization/increase of electron delocalization in the central ring of nanostructures is good for the interaction of ions with the outer face of them in the first model/second model. Results propose that graphenebased nanostructures due to unique structural and electronic properties are good beds for interactions of ions and can be considered as sodiumion batteries. Also, the growth of curvature of nanostructures leads to better functionalization of their outer faces through ions with a negative charge and can optimize their performance as ion batteries using changing electronic cloud densities of their walls.